[发明专利]一种自动控制落距的砂雨装置和使用方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种可将撒砂重量自动转换为下沉高度的装置及使用方法，特别涉及一种自动控制落距的砂雨装置和使用方法。

背景技术

砂雨法是无粘性土常规试验中试样制备常用的一种方法。无粘性土试样的密度是制样过程中最重要的控制参数之一，其受多种因素影响，如砂斗形状、砂漏形状、模型箱形状、钢筛筛孔、平均落距等。其中，当砂斗形状、砂漏形状、模型箱形状和钢筛筛孔被选定后，均可通过标定得到其与砂样密度的关系，即这些参数在砂雨过程中为静态影响因素。而平均落距在砂雨过程中随着砂样的增高不断被打破，而后再被重新调整，其对砂样密度影响显著，且难以控制，是砂雨过程中典型的动态影响因素。

目前，试验中若采用砂雨法制样，大多通过调整砂斗和砂漏高度达到控制落距的目的。在撒砂过程中，砂斗和砂漏的升降是通过吊机实现的，而吊机的升降高度多为手动控制。因此，难以保证落距始终为h。另外，由于模型箱平面尺寸常常大于砂漏的截面尺寸，砂雨时不仅要调节落距，还要调节砂漏的水平位置，如此复杂的操作很难保证砂样的整体均匀性。

在本发明之前，采用传统砂雨法制备的砂样大多不能保证其密度的精确性，一些砂样即使平均密度合理，砂样的整体均匀性仍难以实现。砂样的相对密度十分敏感，而相对密度是控制砂样物理、力学特性的重要指标。因此，得到一种自动控制落距的砂雨装置和使用方法，对实现砂样密度精确性和整体均匀性十分重要。

发明内容

本发明的目的在于克服传统砂雨法在撒砂过程中难以准确控制落距、砂样密度和砂样均匀性等缺陷，提供一种自动控制落距的砂雨装置和使用方法。

一种自动控制落距的砂雨装置，包括砂斗、砂漏、模型箱和自动升降台座等，砂斗与砂漏通过软管连接，连接段设置阀门，模型箱和自动升降台座位于砂漏下方，其特征在于：模型箱固定于自动升降台座上并随台座升降；自动升降台座为弹簧形式或联动千斤顶形式；台座与砂样高度同步变化；台座侧壁为自由伸缩的橡皮膜，可随台座主体自由升降；撒砂过程中，砂斗与砂漏高度始终不变，即撒砂过程中落距始终为h。

自动升降台座是将撒砂重量转换为砂样高度，再执行与砂样高度相等的沉降量的装置。本台座采用两种形式实现自动下沉：①弹性系数值等于撒砂重量的弹簧组，弹簧组下端固定在台座底部，弹簧组与模型箱配套使用以确保弹簧压缩量与砂样高度同步；②将撒砂重量转换为沉降高度并执行沉降的组合千斤顶装置，该装置内置可量测重量的精度天平、根据模型箱尺寸将天平测得读数自动转换为下沉量                                                并自动输出的数据转换中枢、执行转换中枢输出结果的沉降装置等，千斤顶组由数个千斤顶组成，由联动装置连接以确保同步升降。

该砂雨装置具有精确度高、操作简单可行、实用性强等优点。撒砂过程中落距始终为h，落距的控制保证了砂样的整体均匀性和密度精确性。

本发明一种自动控制落距的砂雨方法，其采用以下技术步骤实现：

（1）根据试验方案，确定砂样密度；

（2）根据砂样密度，确定落距（h），多次标定砂样密度与落距的关系，通过得到的关系曲线，插值得到目标砂样密度对应的落距，验证并确定插值得到的落距；

（3）将模型箱固定于自动升降台座上，模型箱与台座采用对称螺母连接，保证其整体稳定性；

（4）将砂斗吊起，使砂漏底面到达模型箱内底面的距离（落距）为h，固定砂斗高度，整个撒砂过程中无需改变砂斗与砂漏的高度。砂斗与砂漏由塑料软管连接，软管可以在不移动砂斗水平位置的前提下，小范围移动砂漏位置。砂斗、砂漏均采用至少两道钢箍实现与橡胶软管的连接，确保连接牢固；

（5）打开砂斗底部的阀门，向模型箱内撒砂，撒砂过程中，保持砂斗与砂漏高度不变，水平、缓慢移动砂斗与砂漏位置；

（6）撒砂过程中，台座根据上部砂样重量自动调节升降，其升降高度与模型箱内砂样高度相同。待模型箱内砂样高度达到试验要求后，关闭砂斗底部的阀门，结束撒砂；

（7）称量模型箱内砂样重量，计算砂样密度。

本发明所述的弹簧形式的升降台座，通过数只弹簧组成的弹簧组实现，弹簧组的弹性系数为，其中，L=模型箱内壁长、S=模型箱内壁宽、=砂样重度。实现了模型箱内砂样高度与弹簧组沉降量相同，均为，弹簧组下端固定在台座底部。弹簧组与模型箱配套使用以确保弹簧压缩量与砂样高度同步，弹簧组可简单拆卸，简单组装。